[發明專利]一種基于全光纖葉尖定時的葉尖間隙測量方法

在審

• 申請號: 201410767432.5
• 申請日: 2015-08-03
• 公開（公告）號: CN104501728A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 段發階;蔣佳佳;郭浩天;葉德超;李楊宗;王凱;張繼龍
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 溫國林

技術領域

本發明涉及葉尖間隙測量領域，尤其涉及一種基于全光纖葉尖定時的葉尖間隙測量方法。

背景技術

作為航空發動機等重大裝備的重要參數之一，旋轉機械葉片的葉尖間隙在線測量技術對此類裝備的技術發展有相當重大的意義。葉尖間隙的存在使流體發生泄漏，并影響流體的理想流動狀態，從而降低工作溫度和效率。

葉尖間隙相當于一個動力泄漏源，使葉尖間隙盡可能小至最佳值有利于提高發動機的性能和效率。然而，葉尖間隙過小，會增加葉尖與機匣碰磨的可能性，從而威脅發動機和系統的安全運行，甚至造成災難性后果。

若能夠對葉尖間隙進行自動化、智能化控制，就可以促使葉尖間隙保持最佳值，從而保障發動機維持最佳效率。

要實現系統的自動化和智能化必須滿足兩個條件：其一，實現參數高精度、實時在線測量；其二，開發相應的控制系統和算法，使系統執行所需命令，達到期望運行狀態。而對于高速旋轉機械的葉片葉尖間隙主動調控技術，現階段的研究瓶頸主要在于如何獲得可靠的、實時的監測數據。因為旋轉機械的葉片的工作條件非常苛刻，如：高溫、高壓、高速旋轉、電磁環境復雜、油污、葉片數量和形狀不同等，這些客觀工作環境對葉尖間隙測量系統的抗干擾能力和可靠性提出了極高的要求。因此，雖然旋轉機械的葉片葉尖間隙在線測量極具挑戰性，但是亟待解決。

發明內容

本發明提供了一種基于全光纖葉尖定時的葉尖間隙測量方法，本發明將間隙值巧妙的轉化為與之相關的葉尖定時信號，使得測量系統與葉片、電磁干擾等大部分環境因素無關，提高了系統抗干擾能力和間隙測量精度，詳見下文描述：

一種基于全光纖葉尖定時的葉尖間隙測量方法，所述方法包括以下步驟：

將三角法中長度量的測量轉化為葉尖定時信號的測量；

采用兩支光纖束式定時傳感器，定時傳感器中的發射光纖發出兩束不同波長的自準直出射光；而定時傳感器中的接收光纖則接收葉片來臨測量區域和離開測量區域的時刻信號；

再用一支轉速同步傳感器來實時監測轉子轉速；對所有傳感器信號進行高速信號采集和電路模塊處理，通過數學模型即可通過上位機反算出傳感器端面與葉尖間距。

所述光纖束式定時傳感器包括：半導體激光器、光隔離器、光纖傳感器、光電探測器和電路板，

所述半導體激光器連接光隔離器，所述光隔離器與所述光纖傳感器之間采用光纖傳輸，所述光纖傳感器與所述光電探測器之間采用光纖傳輸，所述光纖連接電路板。

所述光纖傳感器由發射端、接收端、Y型光纖束和測頭組成。

所述數學模型具體為：

d=AB2×cot(α2)[(t2-t1)×vAB-1]]]>

其中，d表示葉尖間距；α表示兩支纖束式定時傳感器的夾角，AB表示兩傳感器測頭頂端中心之間的距離，v表示轉速同步傳感器測到的轉子切向速度，t₁、t₂表示葉片經過兩支定時傳感器出射光斑的時刻。

本發明提供的技術方案的有益效果是：采用葉尖到達信號的上升沿作為定時信號，從原理上克服了激光器光源不穩、不同葉片表面散射特性不同和旋轉設備內部介質變化導致的反射光強弱變化和漂移，及某些電路參數變化導致的電信號幅值變化等諸多因素對測量系統的影響，測量系統具有動態響應速度快、抗電磁干擾能力強等優點。本發明將間隙值巧妙的轉化為與之相關的葉尖定時信號，使得測量系統與葉片、電磁干擾等大部分環境因素無關，提高了系統抗干擾能力和間隙測量精度。

附圖說明

圖1為一種基于全光纖葉尖定時的葉尖間隙測量方法的流程圖；